[发明专利]一种阻燃透明木材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种阻燃透明木材及其制备方法，先将木材进行脱木质素处理得到脱木质素木材；然后制备与脱木质素木材折射率相匹配的透明防火涂料，将其真空浸渍于脱木质素木材中制造出具有高阻燃性能的阻燃透明木材。阻燃透明木材具有高透光率和雾度及良好的力学性能，能有效降低透明木材的火灾危险性，是一种潜在的玻璃替代品，在家具、节能建筑材料、太阳能电池、汽车及光电子领域都具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于阻燃透明木材技术领域，具体涉及一种阻燃透明木材及其制备方法。

背景技术

木材作为世界上应用最广泛的生物材料，其化学成分主要为纤维素、半纤维素和木质素。木材具有各向异性的结构特征，沿生长方向存在许多垂直通道。目前，已有大量学者针对木材独特的结构特征，对其进行化学漂白和聚合物浸渍，制得透明木材。透明木材具有良好的光学性能、隔热性能和力学性能，已经被证实是一种潜在的玻璃替代品，在家具、太阳能电池、汽车及光电子领域都具有良好的应用前景。但是，首先木材具有可燃易燃的固有缺点；其次，透明木材制备过程中浸渍的聚合物，如环氧树脂、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇等，会大大增加透明木材火灾过程中的热释放速率、总放热量和烟气释放，导致透明木材具有很高的火灾危险性。

发明内容

针对现有透明木材存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种阻燃透明木材及其制备方法，不仅可以使制得的木材的透光率高达93％，还能使木材的火灾危险性显著降低。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种阻燃透明木材的制备方法，包括如下步骤：

(1)将天然木材浸泡于氢氧化钠与亚硫酸钠的混合溶液中进行一次脱木质素处理，然后再将一次脱木质素处理后的木材浸泡于过氧化氢溶液中进行二次脱木质素处理，得到脱木质素木材；

(2)将脱木质素木材浸泡于有机溶剂中进行脱水处理，得到无水脱木质素木材；

(3)将透明防火涂料通过负压填充至无水脱木质素木材中，固化即得阻燃透明木材；

所述透明防火涂料的具体制备过程为：

a)将磷源和碳源混合加热制得磷酸酯；

b)采用埃洛石纳米管对磷酸酯进行改性得到改性磷酸酯；

c)将改性磷酸酯与聚乙二醇混合进行醚化处理得到柔性阻燃剂；

d)将柔性阻燃剂的水溶液与氨基树脂复配制得透明防火涂料。

作为优选，步骤(1)中，所述天然木材选自椴木、杉木、桦木、杨木、白蜡木和橡木中的一种；混合溶液中氢氧化钠的浓度为0.1～0.5g/mL，亚硫酸钠的浓度为0.05～0.25g/mL；一次脱木质素处理的温度为100℃，时间为6～12h。

作为优选，步骤(1)中，过氧化氢溶液的质量分数为1～10wt％，二次脱木质素处理的温度为60℃，时间为6～18h。

作为优选，步骤(2)中，所述有机溶剂选自无水乙醇和丙酮中的至少一种。

作为优选，步骤(3)的a)中，磷源选自磷酸、聚磷酸胺、三氯氧磷、磷酸氯乙醇、含氯磷酸酯和多聚磷酸中的一种；碳源选自季戊四醇、淀粉、三嗪类化合物、新戊二醇和二乙醇胺中的一种；磷源和碳源的质量比为1：(0.3～0.5)，加热温度为100～120℃，时间为4～6h。

作为优选，步骤(3)的b)中，所述改性的过程为：将磷酸酯与埃洛石纳米管按照质量比为1：(0.01～0.1)混合，然后于50℃下加热30min，即得改性磷酸酯。

作为优选，步骤(3)的c)中，所述醚化处理的过程为：将改性磷酸酯与聚乙二醇按照质量比为1：(0.2～0.5)混合，先在50℃下加热1h，再升至120℃下加热4h，即得柔性阻燃剂。